Caudalímetro de Carga Variable

Funcionamiento

El flujo circula por un conducto de diámetro D y es obligado a pasar por un estrechamiento de diámetro d. Después de la obstrucción, el flujo puede estrecharse más hasta un valor D₂ menor a d, llamado vena contracta. Esto no es exacto porque se desprecia la fricción, al considerar el flujo ideal. Para resolver esto, a la relación de diámetros se le asigna un valor «β» (beta) y se calibra el equipo por un coeficiente C_d (coeficiente de descarga), adimensional y función del número de Reynolds y de β (factor de velocidad). Ecuación final: Q = v.S = S.C_d.

Tubos de Venturi

Consiste en una tobera de entrada, una garganta recta de diámetro «d» y una expansión cónica con un ángulo no mayor a 15°. En este equipo, la velocidad aumenta en la tobera y la presión disminuye, utilizándose el ΔP para medir la velocidad del flujo. Pasado el estrechamiento, la velocidad disminuye y se recupera en gran parte la presión original en el cono posterior. El ángulo del cono posterior es pequeño para poder recuperar la presión, pues de esta forma se evita la separación de la capa límite y la fricción es mínima.

Estos equipos están diseñados para trabajar en un rango de números de Reynolds. Si el flujo a través del Venturi fuera sin fricción, la presión del fluido a la salida del aparato sería exactamente igual a la de la entrada y no se provocaría en la conexión ninguna pérdida permanente de presión. En un equipo bien diseñado, la pérdida de presión sería del 10%.

Desventajas: Es caro, ocupa mucho espacio y no se puede variar la ecuación.

Bombas y Sistemas de Bombeo

La mayoría de las bombas utilizadas en plantas industriales (refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, químicas, etc.) son bombas centrífugas y de desplazamiento positivo. Las bombas son dispositivos que suministran energía mecánica o altura de carga (ΔH) a un líquido para hacerlo fluir, venciendo la pérdida de carga y, si es necesario, elevando el líquido hasta un nivel superior.

Bombas Centrífugas y de Desplazamiento Positivo (D+)

Las bombas centrífugas operan desarrollando una alta velocidad del fluido y convirtiendo dicha velocidad en presión en un pasaje de flujo creciente. Tienden a tener eficiencias menores que las D+, pero trabajan a velocidades relativamente altas para permitir mayor caudal en relación al tamaño físico de la bomba.

Las D+ operan forzando un volumen fijo de líquido de una zona de entrada a la zona de descarga de la bomba, haciendo esto por medio de intermitencias en el caso de las bombas alternativas y continuamente en el caso de las rotativas y de engranajes. Las D+ tienden a ser físicamente más grandes que las centrífugas para igual capacidad o caudal.

Sistema de Alturas en un Proceso de Bombeo

Altura Estática (Z)

La presión en cualquier punto de un líquido se puede pensar como producida por una columna vertical de líquido que, debido a su peso, ejerce una presión en el punto en cuestión. La altura de esa columna se define como la altura estática (Z). Z = «>

Una bomba centrífuga imparte una velocidad a un líquido que, en su mayor parte, es transformada en presión a medida que el líquido deja la bomba. Por lo tanto, la altura desarrollada por la bomba va a ser igual a la altura de velocidad de la periferia del impulsor. Una bomba dada con un cierto impulsor (d) y velocidad (rpm) elevará un líquido a cierta altura, independiente del peso del líquido (densidad).

Elevación de Succión (Zs)

Existe cuando la fuente del líquido está por debajo de la línea del centro de la bomba. La elevación de succión estática (Zs) es la distancia vertical desde la línea del centro de la bomba hasta el pelo o nivel del líquido a ser bombeado.

Altura de Succión (Zs)

Existe cuando la fuente de suministro está por arriba de la línea del eje de la bomba. Entonces, la altura de succión estática es la distancia vertical desde la línea del centro de la bomba al pelo del líquido a ser bombeado.

Altura de Descarga Estática (Zd)

Es la distancia vertical entre el eje de la bomba y el punto de descarga libre o la superficie del líquido libre en el tanque de descarga.

Altura de Fricción (Hf)

Es la altura requerida para superar toda la resistencia que ofrece el fluido o la cañería.

Altura de Velocidad (Hv)

Es la energía o altura de un líquido como resultado de sus movimientos.

Altura de Presión (Hp)

Se debe tomar en cuenta cuando un sistema de bombeo comienza o termina en un recipiente que está sometido a una presión distinta a la atmosférica. Si hay vacío en el tanque de succión o una presión (+) en el tanque de descarga, se debe adicionar a la altura del sistema; mientras que una presión (+) en el tanque de succión o vacío en el tanque de descarga se debe restar.

Elevación Dinámica Total de Succión (Hs)

Hs = – Zs – Hv – Hp «>

Altura Dinámica Total de Descarga (Hd)

Hd = Z_d + H_v + H_p + H_f

Punto Óptimo de Trabajo de una Bomba

En un sistema particular, una bomba centrífuga solo se puede operar en un punto de la curva ΔH en función del caudal. Este es el punto de intersección entre la curva ΔH vs caudal de la bomba y la curva ΔH del caudal del sistema. Recordando la ecuación «>

Y si la descarga y la succión están al aire libre y reemplazando la ecuación del Hf nos queda: «>